Cateva elemente ....despre lunete,binocluri,telescoape

Lunete (Telescoape refractoare)

Notiuni despre lunete
Prima luneta a fost construita in Olanda la inceputul anului 1600, iar in 1610 Galileo Galilei isi construieste una si o foloseste la observatii astronomice. Lunetele au cedat treptat locul in astronomia profesionista telescoapelor reflectoare deoarece oglinzile acestora pot fi fabricate in dimensiuni mult mai mari si sunt mai usor de prelucrat. Cea mai mare luneta din lume a fost instalata in 1897 la observatorul Yerkes (SUA) si are un diametru al obiectivului de 102 cm cu o distanta focala de 19,4 m. Aici (http://www.seds.org/billa/bigeyes.html) gasiti o lista cu cele mai mari instrumente astronomice din lume si linkuri catre paginile observatoarelor care le gazduiesc.
Lunetele (schema de principiu aici - http://www.oocities.com/sarmvali/instrumeente/luneta.jpg) folosesc principiul de refractie a luminii - atunci cand lumina trece prin obiectivul lunetei este refractata (indoita) si ajunge intr-un punct numit focar, unde este examinata printr-un "ocular" - o lupa mai sofisticata.
La inceputurile lunetelor, problema cea mai mare era aberatia cromatica - un halou colorat in jurul obiectelor vazute prin luneta. Problema este inerenta tuturor obiectivelor de luneta formate dintr-o singura lentila si nu se poate corecta, indiferent de forma lentilei sau tipul sticlei. Dar se poate corecta prin construirea unui obiectiv format din doua lentile, fiecare fabricata dintr-un soi diferit de sticla, o sticla numita flint si cealalalta crown. Obiectivele respective se numesc acromate. Exista si obiective apocromate (foarte scumpe) formate din trei lentile, fiecare din cele trei lentile dintr-o alta sticla.
Lunetele sunt foarte performante la observatii planetare deoarece dau imagini cu contrast si calitate ridicata. Dar costul lor este foarte mare si de aceea pentru observatii deep sky un telescop reflector este de preferat, din cauza pretului mai scazut. Lunetele sunt mult mai usor de folosit si intretinut decat telescoapele deoarece nu necesita operatii de colimare (aliniere a partilor optice) si nu sunt afectate foarte mult de tulburenta instrumentala (curenti de aer in tub). Singura problema este ca un obiectiv de luneta costa mult mai mult decat o oglinda de telescop de acelasi diametru, mai ales daca este vorba de diametre peste 80-90 de mm.
O categorie aparte de lunete - "junk telescopes"
Un "junk telescope" este un instrument (de obicei o luneta de 50 mm sau 60 mm ) de calitate foarte proasta dar care din pacate tenteaza pe multa lume din cauza pretului scazut si disponibilitatii in magazine obisnuite, chiar si in Romania. Unele instrumente din categoria aceasta au lentile de plastic, care nu ofera nici pe departe calitatea necesara a imaginii pentru a putea fi folosite in astronomie. Pentru a obtine imagini de calitate este nevoie ca lentila sa fie din sticla slefuita si nu presata. Acest lucru poate fi verificat la cumparare privind lentila sub un unghi inclinat, intr-un spatiu luminos. Daca lentila este presata atunci pe suprafata ei vor aparea ape neregulate. In plus, obiectivul lunetei trebuie sa fie alcatuit din 2 lentile, lucru usor de verificat daca ne uitam cate reflexii se vad in lentila obiectiv. Daca vedem 4, inseamna ca avem 4 suprafete optice distincte, ceea ce tradeaza un obiectiv acromat 'air-spaced', deci ok.

Trepiedele si monturile acestor instrumente sunt de obicei foarte fragile, imaginea tremurand cand se face focalizarea sau cand se misca instrumentul, acest lucru ingreunand foarte mult observatiile. Preferabil este ca trepiedul sa fie din lemn, cele metalice fiind construite din tabla de aluminiu subtire. Trepiedul poate fi stabilizat foarte mult prin scaderea inaltimii picioarelor in cazul trepiedelor cu inaltime reglabila si prin prinderea unei greutati de piesa care leaga cele trei picioare.

In unele cazuri pentru reclama (sau mai bine zis minciuna comerciala!) pe cutie scrie ca luneta poate ajunge la puteri de marire de pana la 600x, lucru posibil in teorie, dar total de nefolosit in practica, un asemenea instrument avand un grosisment maxim util - adica la care se mai vede ceva - de approxximativ 200x.

Un alt lucru care face un instrument prost sunt ocularele inferioare de tipul Huygens (sunt inscriptionate cu literele HM), oculare care ofera campuri vizuale mici si imagini nu prea grozave. Designul a fost inventat de Christiaan Huygens acum 400 de ani si este folosit pentru ocularele de microscop. Focuserele sunt de 0.96" (un inch este unitatea de masura de baza americana, egala cu 2.54 cm, folosita in acest articol din motiv de fabricatie, nu stiintific) nu de dimensiunea standard de 1.25", producand vignetare (nu toata lumina care vine de la obiectiv ajunge in ocular datorita diametrului prea mic al focuserului).
Cautatorul in cele mai multe cazuri are diametru mic si optica de proasta calitate, dar ce este mai rau ofera un camp vizual minuscul (aproximativ 2 grade, un camp normal avand in jur de 7 grade).
Foarte important de stiut este ca nu toate lunetele de diametre mici intra in categoria junk telescope. Daca obiectivul este de calitate corespunzatoare si luneta are un pret rezonabil, 50-70$, cu cateva modificari (schimarea focuserului si a ocularelor) poate deveni un instrument de calitate care il puteti folosi fara probleme la observatii.
Binocluri
Notiuni despre binocluri
Dupa "Binoculars" de Roy Bishop, articol aparut in RASC Observer's Handbook 2002
Subcapitolele "Caracteristicile binoclurilor", "Prismele" si "Acoperiri anti reflex" de Emil Neata.

Un binoclu este indispensabil pentru observatorul experimentat si in special cea mai buna alegere pentru un incepator care inca nu cunoaste foarte bine cerul si pentru care campul vizual mic al unui telescop si orientarea confuza a imaginilor va avea in mod sigur ca rezultat mai multa frustrare decat placere.

Din pacate multi incepatori care nu cunosc destule lucruri despre instrumentele astronomice cumpara un "junk telescope", care datorita calitatii deosebit de proaste si dificultatii de folosire ramane uitat intr-un colt al casei, nefolosit de nimeni. Aceasi suma de bani poate fi investita intr-un binoclu, care datorita campului vizual mare si imagini normal orientate (Nord in sus, Est la stanga) va fi de mare ajutor pentru primii pasi in astronomie si va oferi imagini unice ale cerului.

Binoclurile care maresc de 6 pana la 8 ori sunt ideale pentru gasirea planetelor in crepuscul, studierea constelatiilor si nebuloaselor obscure, dar si pentru observarea cometelor de dimensiuni mari (peste 5 - 10 minute diametru). Un binoclu care mmareeste de la 10 la 20x ofera cele mai bune imagini ale unor obiecte cu diametrul de cateva grade, cum ar fi Hyadele, Pleiadele si Galaxia din Andromeda; deasemenea cu acest binoclu se obtin cele mai bune imagini ale suprafetei lunare.

Binoclurile ne permit sa vedem Universul cu amandoi ochii, din acest lucru rezultand mai multe avantaje: un simt imbunatatit al realitatii si adancimii; un mod de observare relaxat; o vedere completa in sensul ca regiunile oarbe ale ochiului (asociate cu vasele de sange si regiunea unde nervul optic este atasat de retina) sunt compensate de campul vizual oferit de celalalt ochi; obiectele slab stralucitoare sunt mai usor de reperat si par mai luminoase atunci cand sunt privite cu amandoi ochii, deoarece la un binoclu suprafata care colecteaza fotonii este dubla fata de o luneta sau un telescop de acelasi diametru.

Caracteristicile binoclurilor: Caracteristicile unui binoclu sunt specificate de doua numere, inscrise de obicei pe binoclu, de exemplu, 7x50 sau 8x30. Primul numar, incluzand "x", este puterea de marire (grosismentul); al doilea numar este diametrul lentilelor din fata (obiectivul) in milimetri. Raportul dintre diametrul obiectivului si grosisment stabileste luminozitatea unui binoclu. Pentru un binoclu cu luminozitate buna acest raport trebuie sa fie mai mare sau egal cu 4 sau maxim 5. Daca rezultatul raportului este sub aceasta limita, cu binoclul in cauza se vor distinge dificil obiectele slab stralucitoare.

O alta caracteristica la fel de importanta este "exit pupil" (pupila de iesire) care este diametrul fascicolului de lumina care iese din ocular. Diametrul pupilei de iesire poate fi usor calculat impartind diametrul obiectivului la grosisment (de exemplu un binoclu 7x35 are o pupila de iesire de 35/7=5 mm). Este important ca numarul respectiv sa fie cat mai mare, dar nu mai mare decat marimea pupilei observatorului. Pupila ochiului uman se poate dilata pâna la maxim 7 mm pentru oamenii tineri si scade la 4 - 5 mm odata cu inaintarea in varsta. De aceea, in loc de un binoclu 7x50 (pupila de 50 mm/7 = 7.1 mm) potrivit pentru un om de 16 - 20 ani, am recomanda un 10x50 (pupila de 50 mm/10 = 5 mm) potrivit si pentru varsta de 25-30 de ani si mai incolo...

Binoclurile au campuri vizuale aparente (campul aparent depinde de diametrul lentilelor ocularului) de aproximativ 50 grade, cand sunt echipate cu oculare standard, pana la campuri de 70 grade cand au oculare cu camp larg. Campul vizual real (diametrul unghiular al portiunii de cer vizibila prin instrument - in mod obisnuit de la 3 pana la 10 grade) este egal cu campul aparent impartit la grosisment. Rezulta ca portiunea de cer vizibila scade in diametru rapid odata cu cresterea puterii de marire.

O categorie aparte o reprezinta binoclurile zoom, cu marire variabila. Desi tentante la prima vedere, ele prezinta marele dezavantaj de a avea câmpul mult mai mic decât un binoclu cu marire fixa. De exemplu, un binoclu 7x50 are un camp tipic de 7 grade, iar un binoclu 7 - 20x50 are doar un camp de 4 grade cand este folosit la cea mai mica marire. Binoclurile zoom nu sunt pentru astronomie...

Care este cel mai bun binoclu pentru astronomie? Nu exista un raspuns simplu. Aproape orice binoclu va arata mult mai mult decat poate fi vazut cu ochiul liber; totusi, pentru a putea fi folosit in astronomie diametrul lentilelor obiectivului ar trebui sa fie cel putin de 30 mm. Deasemenea, binoclurile mici dar de calitate sunt de preferat celor mari dar de calitate indoielnica.

Acoperiri anti reflex: Pentru transimisia maxima a luminii si pentru imagini cu contarast ridicat pe lentilele obiectivului se aplica un strat anti reflex care imbunatateste considerabil calitatea binoclului. Aceste acoperiri sunt de doua tipuri:

1) Cu fluorura de magneziu - in acest caz binoclul este unul coated, iar reflectiile de pe lentila obiectivului au culoare albastra. Daca fluorura de magneziu este aplicata pe toate suprafetele optice binoclul este fully coated.
2) Cu straturi dielectrice - optica este acoperita cu straturi multiple din diverse materiale, acoperirea fiind superiora celei cu fluorura de magneziu. In acest caz binoclul este multicoated, iar reflectiile de pe lentilele obiectivului au culoare verde sau grena inchis.

Multe din binoclurile de pe piata au acoperiri numite "ruby coatings" pe lentilele obiectivului, acestea având o puternica culoare rosie. Aceste acoperiri NU au rol antireflex, sunt aplicate pentru a mari contrastul imaginilor terestre vazute in timpul zilei. Binoclurile cu "ruby coatings" nu se preteaza bine la observatii astronomice.

Binocluri de proasta calitate: Imaginile vazute prin binoclurile de proasta calitate sunt sterse, ochiul se va obosi incercand sa compenseze optica imperfect aliniata, mecanismul de focalizare de obicei este flexibl si plin de un exces de vasilina pentru a masca imperfectiunile mecanice. Evitati binoclurile zoom (cu grosisment variabil), cele care nu au mecanism de focalizare (ajustare diferentiala a celor doua oculare) si de modificare a ecartului (distantei dintre ochi). Tinand cont ca binoclurile contin cel putin 14 piese de sticla, cu 36 suprafete optice, doua focusere si unele au optica cu acoperiri speciale, nu este de mirare ca multe au aceleasi preturi ca o camera video. Cand este vorba despre instrumente optice de obicei calitatea este pe masura pretului.

Stabilitatea: Daca doriti sa folositi un binoclu pentru observatii astronomice este recomandabil sa aveti un tripod pe care sa il fixati. In felul acesta se elimina vibratiile continue ale imaginii care apar cand binoclul este tinut in mana, mai ales la puteri de marire de peste 15x. Pentru a putea fi atasat unui tripod binoclul trebuie sa aiba o piulita incorporata in corpul principal, in partea de mijloc, inspre obiectiv.

Un tip recent de binocluri sunt cele cu stbilizare de imagine, produse de firma Canon, care au un microprocesor electronic incorporat pentru compensarea vibratiilor cauzate de tinerea in mana.

Prismele: Fiecare binoclu este construit in in jurul unor prisme interne numite prisme Porro. Prismele au decat rolul de a redresa imaginea. Prismele Porro au fost inventate de Ernst Abbe in 1894 si binoclurile care le folosesc aduna lumina prin lentilele obiectivului apoi o reflecta pe aceste prisme in ocular. Din aceste reflectii si mariri rezulta o imagine marita si corect orientata.

Prismele Porro de calitate sunt confectionate din sticla BaK4 (bariu crown), iar cele de calitate mai slaba din sticla BK7 (borosilicat). Prismele din BaK4 transmit in ocular practic toata lumina care intra in lentilele obiectiv (ceea ce expertii in optica numesc "reflexie interna totala") si creaza imagini cu luminozitate mare. Prismele din BK7 nu sunt la fel de eficiente; in consecinta obiectele vazute prin binoclu apar mai slab stralucitoare.

Factorul de vizibilitate: Produsul dintre grosisment (M) si diametrulul lentilelor obiectivului (D) se numeste factor de vizibilitate. In cazul a doua binocluri, dintre care unul are grosismentul de doua ori mai mare decat celalalt si diametrul obiectivului tot de doua ori mai mare, factorul de vizibilitate (MxD) indica faptul ca in binoclul mai mare se vor vedea de patru ori mai multe detalii decat in celalalt si obiectele astrale vor aparea de patru ori mai stralucitoare (de exemplu un binoclu 16x60 arata de patru ori mai multe detalii si astrele apar de patru ori mai stralucitoare decat intr-un binoclu 8x30).

Un alt exemplu: dorim sa comparam un binoclu 10x65 cu unul 7x40. Aflam factorul de vizibilitate pentru primul: 10 X 65 = 650. In cazul celui de-al doilea factorul de vizibilitate este 7 X 40 = 280. Se face impartirea 650 / 280 = 2,3. Asta inseamna ca binoclul 10x65 arata de 2,3 ori mai multe detalii si poate vedea obiecte de 2,3 ori mai slab stralucitoare decat binoclul 7x40.

Diagrama de performanta a binoclurilor: Diagrama de aici (http://www.oocities.com/sarmvali/instrumente/diagrama.jpg) poate fi folosita pentru a compara rapid diferite binocluri in functie de abilitatea lor de a arata detalii pe cerul de noapte. Axa verticala este puterea de marire M; axa orizontala reprezinta diametrul lentilelor obiectivului (apertura) D. Reteua uniforma de puncte mici este un ghid pentru citirea diagramei. Cele cinci linii drepte indica diametre constante ale pupilei de iesire, de 3, 4, 5, 6 si 7 mm, marcate de numerele si de cercurile care corespund acestor diametre, langa capatul de sus al fiecarei linii.

Cele cinci linii curbe diagonale indica valori constante ale MxD (factorul de vizibilitate), crescand cu puteri succesive ale lui 2 inspre dreapta sus (100, 200, 400, 1600). Fiecare punct mare reprezina o marime obisnuita a binoclurilor. Sagetile din coltul dreapta jos indica directiile de pe diagrama in care diverse cantitati cresc cel mai rapid.

Cateva exemple evidente care rezulta din diagrama: pentru observatii astronomice un binoclu 10x50 va arata de doua ori mai multe detalii decat un binoclu 7x35; un binoclu 11x80 si unul 15x60 sunt la fel de performante - pentru ca punctele se afla pe aceasi curba diagonala; un binoclu 10x50 este mai bun decat un 7x50 pentru vizibilitate (dar daca consideram campuri vizuale aparente egale, binoclul 7x50 va arata o portiune de cer de doua ori mai mare decat cel cel 10x50).

Accesorii pentru instrumente astronomice

Oculare
Un ocular influenteaza foarte mult performanta unui instrument astronomic, fiind o parte LA FEL de importanta ca si obiectivul. Cele mai simple oculare sunt compuse din doua lentile (Oculare Huygens, Ramsden - inventate pentru uzul in microscoape), iar cele mai noi si performante au opt lentile.

Ocularele cele mai comune pe piata sunt Kellner (camp aparent 36-45 grade), Orthoscopic (45 grade), Plossl (48-52) si ocularele Ultrawide cu un camp aparent urias (52-85 grade), dar un pret pe masura. Aici (http://www.oocities.com/sarmvali/instrumente/oculare.jpg) gasiti schemele de principiu ale acestor tipuri de oculare.

Indiferent de tipul ocularului pe el veti gasi inscriptionata distanta focala a acestuia, in mm. Cunoscand distanta focala a ocularului si a instrumentului, puteti afla grosismentul (puterea de marire a instrumentului), impartind distanta focala a instrumentului la cea a ocularului.

O alta carecteristica foarte importanta a unui ocular este campul vizual. Exista doua tipuri de campuri vizuale: campul real si campul aparent. Campul real defineste dimensiunea unghiulara a portiunii de cer vizibila prin instrument, iar campul aparent este stabilit din fabricatie si depinde de dimensiunea lentilelor folosite in ocular. Cu cat campul real al instrumentului este mai mare cu atat veti vedea o portiune mai mare din cer atunci cand priviti prin instrument. Pentru a afla campul real, cunoscand campul aparent trebuie sa faceti raportul dintre campul aparent si puterea instrumentului.

De exemplu daca aveti un ocular Plossl si cand il folositi in instrument rezulta un grosisment de 100x, atunci campul vizual real va fi 50/100 (Plossl are campul aparent intre 48-52 grade) = un camp de 0.5 grade, o sa incapa Luna in intregime.

Alte caracteristici specifice unui tip de ocular sunt: eye relief - este distanta maxima la care se poate departa ochiul de ocular astfel incat intregul camp real sa fie vizibil. Cu cat este mai mare eye-relieful, cu atat mai comoda este observarea.

Ocularele cu focala scurta sufera si de eye-relief mic, adica trebuie sa va "lipiti" ochiul de ocular ca sa vedeti tot campul, lucru care duce la murdarirea frecventa a lentilei finale a ocularului. Chiar si Plossl-urile sufera de aceasta problema. De aceea, este bine sa evitati ocularele cu distanta focala foarte mica, 6 - 7 mm fiind limita practica pentru un Plossl.

Exit pupil (pupila de iesire) - este diametrul fascicolului de lumina care iese din ocular, NU diametrul ultimei lentile a ocularului. Scade in diametru cu cat distanta focala a ocularului este mai mica. Este egal cu diametrul obiectivului impartit la puterea de marire. De exemplu, un binoclu 7x50, (marire 7x, diametru obiectiv de 50mm) are o puila de iesire de 7.1mm.

Este important ca pupila de iesire sa fie mai mica sau preferabil egala cu pupila ochiului in conditiile de observare. Un ochi tanar, in conditii de intuneric bezna si adaptare corespunzatoare la intuneric (30 min) are o pupila de 7 - 8 mm. 5mm este o marime mai comuna pentru oricine trecut de 25 de ani.

Un tip aparte de oculare sunt ocularele parafocale - oculare de acelasi design si in generaal pproduse aceeasi firma, care prezinta avantajul ca pot fi schimbate intre ele fara a fi nevoie sa se faca o noua focalizare.

Lentile Barlow

Lentila Barlow este un accesoriu care atunci cand este intercalat intre focuser si ocular in functie de specificatiile sale dubleaza sau tripleaza grosismentul instrumentului. O lentila Barlow este in practica un dublet acromat divergent, pus la capatul unui tub lung de 5 - 8 cm. Pe langa "scurtarea" focalei ocularului cu care sunt folosite, lentilele Barlow mai au un efect interesant, si anume maresc eye-relieful, ceea ce usureaza observarea. Lentilele Barlow se folosesc in general la observatiile planetare si lunare, dar o lentila Barlow buna poate fi folosita cu succes la orice fel de observatii.

Ca un cuvant de avertizare, multe 'junk telescopes' vin cu o lentila barlow 3x. Pe langa faptul ca lentilele barlow 3x nu mai ofera o calitate buna a imaginii in general (limitele designului), calitatea acestora este la fel ca si calitatea ocularelor care vin cu telescoapele obisnuite, adica proasta.

Diagonale
Sunt accesorii folosite la lunete sau telescoape catadioptrice. O diagonala este formata dintr-o oglinda plana de calitate aflata la un unghi de 45 de grade in interiorul unui suport, care se intercaleaza intre focuser si ocular asigurand un unghi comod de privire. Unele diagonale folosesc in loc de oglinda respectiva o prisma cu reflexie totala.

Lipsa unui astfel de accesoriu ar face imposibila observarea cu instrumentul indreptat spre zenit. Dezavantajul folosirii unei diagonale este ca toate imaginile din ocular sunt vazute in oglinda, lucru care face foarte dificila folosirea hartilor. In plus, gasirea obiectelor devine mai greoaie (nu mai merge sa ne uitam de-a lungul tubului) si reflectia pe oglinda provoaca o mica scadere a stralucirii imaginii (cam 12%).

Cautatoare

Sunt mici lunete dotate cu reticul si cu un camp vizual mare, montate in paralel cu instrumentul astronomic. Se folosesc la centrarea telescopului pe un anumit astru. Cautatorul este cel mai important accesoriu, fara el plasarea in campul instrumentului a unui obiect se face foarte dificil din cauza campului vizual mic al telescoapelor la puteri mari sau medii de marire. Un cautator pentru o luneta de 60 - 80 mm are in general 30 - 35 mm diametru si mareste de 6 - 8x. Un telescop de 150mm diametru necesita un cautator 10 - 12x50. Intrumentele mari au drept cautator un alt veritabil telescop sau luneta! (de exemplu un telescop de 300 - 400 mm diametru are doua cautatoare, unul mic 10x50 si unul 20x100, unde cel de 100mm este un telescop la randul lui).

Filtre

Filtrele sunt accesorii specializate atasate la ocular, care izoleaza anumite linii de spectru sau modifica culoarea, in acest fel imbunatatind considerabil calitatea imaginii. Mai jos sunt prezentate principalele filtre folosite de astronomii amatori:

- Filtru Deep Sky - blocheaza lumina emisa de becurile cu vapori de mercur sau sodiu precum si lumina de neon. In acest fel creste considerabil contrastul dintre obiectul deep sky si cerul din fundal, acest lucru facand posibila observarea obiectelor slab stralucitoare chiar si din zone poluate luminos.

- Filtru Oxigen III - Se foloseste pentru observarea nebuloaselor planetare si a celor slab stalucitoare. Izoleaza doar cele doua linii dublu ionizate ale oxigenului, emise de acestea.

- Filtru UHC - Izoleaza cele doua linii dublu ionizate ale oxigenului si linia Hidrogen - Beta, emisa de cele mai multe nebuloase de emisie. Se foloseste pentru observarea nebuloaselor.

- Filtru Hidrogen - Beta - Izoleaza linia de spectru Hidrogen -Beta, permitand observarea nebuloaselor extrem de slab stralucitoare.

- Filtru pentru comete - Imbunatateste contrastul imaginii facand posibila observarea cometelor slab stralucitoare si a cozilor gazoase ale acestora.

- Filtre colorate pentru planete si Luna - Modifica culoarea imaginii vizibile inn occular, facand posibila observarea detaliilor fine pe suprafata planetelor sau a Lunii. Se folosesc atat pentru observatii vizuale cat si fotografice.

-Filtru solar - Este un filtru confectionat din folie Mylar, folosit pentru observarea Soarelui. Spre deosebire de celelalte filtre se plaseaza intodeauna in fata obiectivului instrumentului, niciodata la ocular.